问答题
25℃时将半径为1mm的水滴分散成半径为10-3mm的小水滴,此时水的表面张力为72.8×10-3N·m-1。问:比表面增加了多少倍?表面能增加了多少?完成该变化时,环境至少需要做功多少?
【正确答案】r=1mm的水滴的表面积为
S1=4πr2=4×3.1416×1.0002=12.57(mm2)=1.257×10-5(m2)
水滴的体积为
V=4πr3/3=4.19(mm3)=4.19×10-3(mL)
r=10-3mm的水滴的表面积为
S2=4πr2=4×3.1416×(1.000×10-3)2=1.257×10-11(m2)
水滴的体积为
V=4π(r/103)3/3=(4πr3/3)/109
即1滴r=1mm的水滴可分散成109滴r=10-3mm的小水滴。
此时总面积为S3=109×1.257×10-11=1.257×10-2(m2),面积增加1000倍。
△G=σ△S=σ(S3-S1)≈σS3=72.8×10-3×1.257×10-2=9.151×10-4(J)
1mol水含18/(4.19×10-3)=4.30×103,所以1mm的水滴分散成半径为10-3mm的小水滴时表面能增加了:4.30×103×9.151×10-4=3.93(J·mol-1),即需要环境做功3.93J·mol-1。
【答案解析】